CN112111660B - 一种从锂矿石中富集锂同时制备硅铁合金回收氧化铝的方法 - Google Patents

一种从锂矿石中富集锂同时制备硅铁合金回收氧化铝的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种从锂矿石中富集锂同时制备硅铁合金回收氧化铝的方法，将锂矿石、还原剂、铁源、钙质添加剂、粘结剂混合均匀得到混合物料，将混合好的物料造球后进行干燥，干燥后的料球置于通有保护气氛的矿热炉中进行熔炼；熔炼产物为富锂灰，硅铁合金以及富铝渣，原则工艺流程如下图所示。本发明具有原料适应性强，工艺流程简单，资源综合利用率高，不产生固体废弃物，对环境友好等优点。

Description

一种从锂矿石中富集锂同时制备硅铁合金回收氧化铝的方法
技术领域
本发明属于有色金属冶金领域，涉及锂矿石资源综合高效利用的工艺，具体为从锂矿石中富集锂同时制备硅铁合金回收氧化铝的方法。
背景技术
锂作为一种战略资源，随着需求量的迅速增加，其供应安全已引起世界各国关心的重视。锂金属及其化合物广泛应用于化工、陶瓷、玻璃、冶金、医药、润滑油脂等领域，近年来，随着锂在航空航天、核能发电等高新技术领域的开发应用以及锂离子电池的蓬勃发展，金属锂已经成为市场需求最快的“高科技金属”之一，是当前科技和工业关注的焦点。20世纪80年代以前，几乎所有的锂都是从矿石资源中开采出来的，随着科学技术的不断发展，锂矿资源开发利用的格局在不断变化，由于锂矿石中锂辉石、锂云母等含锂矿石锂的品位相对较高(与卤化物相比)，矿产资源分布范围较广，在锂盐生产中仍发挥着重要作用。
申请号为201910788413.3的发明专利公开了一种离子交换法提取碳酸盐粘土型锂矿中锂的方法，所述方法包括：将粘土型锂矿进行破碎、磨粉，进行高温焙烧活化后，用铁盐溶液在加热条件下进行离子交换反应，采用过滤进行固液分离，所得滤液即为含锂溶液，锂的提取率最高可达90％以上。
申请号为201610364357.7的发明专利公开了一种硫酸法锂盐生产新工艺，所述方法包括： 先将锂辉石精矿进行转型焙烧得到β-锂辉石；向磨细后的β-锂辉石矿粉中加入硫酸，进行酸化焙烧，得到焙烧熟料；焙烧熟料经水浸、过滤，得到硫酸锂浸出液；再通过微滤膜除杂、加入纯碱等措施，得到硫酸锂浓缩液，最后将浓缩后的硫酸锂溶液碳酸化得到碳酸锂成品。
申请号为201410098348.9的发明专利公开了一种低品位含锂粘土矿提锂方法，所述方法包括：破碎低品位粘土矿至2mm以下，将破碎后的原料与焙烧辅料（硫酸钙、氟化钙、硫酸钠）混合，然后将混合后的物料在马弗炉中焙烧2-3小时，温度为800℃，再将焙烧后的物料进行筛分，筛分下部的焙烧料加入5%的水泥混合制料后与筛分上部的焙烧料混合，然后用浓度为50%的硫酸喷淋物料，得到浸出液，浸出液经净化、过滤、碳酸化得到碳酸锂，锂的浸出率可达91.8%。
申请号为201080065025.X的发明专利公开了一种制造碳酸锂的方法，所述方法包括：焙烧α-锂辉石矿或精矿得到转型后的β-锂辉石；将转型后的锂辉石磨细后与硫酸混合，转入硫酸化窑炉，在高温下，酸化被烧β-锂辉石；焙烧后的物料经水浸，得到硫酸锂浸出液，浸出液通过净化、过滤、碳酸化等操作，最终得到沉淀的碳酸锂和硫酸钠母液。
上述已有技术存在的不足：目前存在的专利主要是采用一些酸、盐焙烧的手段，将矿石中的Li以离子交换的形式浸取出来，进而得到锂产品。在处理过程中，大量使用酸碱性溶液给设备的耐腐蚀性提出较高的要求，产生大量酸碱性的Al-Si渣，不仅造成资源锂极大浪费，而且后续很难处理，容易造成环境重大污染。
发明内容
本发明提供一种从锂矿石中富集锂同时制备硅铁合金回收氧化铝的方法，该方法以锂矿石和铁源为原料，以碳作为还原剂，以钙质物作为添加剂，同时添加粘结剂，直接提取锂同时制备硅铁合金，回收氧化铝，整个过程原料适应性强，工艺流程简单，资源综合利用率高，不产生固体废弃物，对环境友好。
本发明的技术方案如下：
一种从锂矿石中富集锂同时制备硅铁合金回收氧化铝的方法，具体步骤包括：
（1）将锂矿石、还原剂、铁源、钙质添加剂、粘结剂混合均匀得到混合物料；
（2）将步骤（1）所得的混合物料造球后进行干燥；
（3）将步骤（2）所得的料块放入通有保护气氛的矿热炉中进行熔炼；
（4）步骤（3）熔炼后，矿石中的锂以蒸气的形式挥发，最终冷凝在烟尘中，矿石中的硅与加入的铁形成硅铁合金，矿石中的铝以氧化铝的形式富集在浮渣中，打开炉膛下部合金出口，流出的硅铁合金液冷却后得到硅铁合金，打开炉膛排渣口，得到富铝渣，在炉膛上部烟尘中回收富锂灰。
所述锂矿石包括但不限于锂辉石、锂云母、粘土型锂矿。
所述还原剂包括但不限于无烟煤、褐煤、焦煤、烟煤、木炭、石油焦。
所述铁源包括但不限于废铁、钢渣、氧化铁、含铁矿石。
所述钙质添加剂包括但不限于氧化钙、碳酸钙。
所述粘结剂包括但不限于粘土、纸浆废液。
所述锂矿石与还原剂中的C的质量比为1～6；锂矿石中的Si与铁源中Fe的摩尔比为0.2～2；钙质添加剂添加量为锂矿石、还原剂、铁源三者总质量的15～30%；粘土添加量为锂矿石、还原剂、铁源三者总质量的6～14%；纸浆废液浓度为0.8～1.6kg/L，添加量为锂矿石、还原剂、铁源三者总质量的10～16%。
所述混合物料的造球压力为10～200MPa。
所述干燥温度控制在60～350℃，干燥时间1～24h，干燥后料块水分≤5%。
所述熔炼是在通有保护气氛（Ar、N2等）的矿热炉中的电弧区进行，熔炼温度为1000～2000℃，熔炼时间为5～24h，使物料中的锂矿石在铁源的参与下和还原剂发生碳热还原反应。
本发明方法制得的硅铁合金的主要成分及百分比为：Si：43～53wt%，Fe：45～55wt%，Al：0.8～1.5wt%，杂质总和≤1.0wt%；所得的富铝渣中，Al2O3的含量≥85%；所得的富锂灰中Li2O的含量≥15%。
本发明涉及到的反应过程如下所示：
aLi2O·bAl2O3·cSi2O+mFe/FexOy+nC→2aLi(g)+bAl2O3+kFeSi+nCO(g)
a、b、c、m、n、k的值均根据实际加入的物料而定。
本发明的优点和积极效果为：
本发明以锂矿石和铁源为原料，利用含碳物质作还原剂，钙质物作为添加剂，同时添加粘结剂，直接提取锂同时制备硅铁合金，回收氧化铝，与现有技术相比具有原料适应性强，工艺流程简单，资源综合利用率高，不产生固体废弃物，对环境友好等优点，而且大大提高了矿石富集锂技术的经济效益，使锂矿石中的有价金属得到综合高效利用。
附图说明
图1为实施例1的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1
从锂矿石中富集锂同时制备硅铁合金回收氧化铝的方法，如图1所示，具体步骤如下：
按粘土型锂矿和褐煤中C的质量比为1:1的比例进行配料，同时以粘土型锂矿中的Si与铁源中Fe摩尔比为0.2:1的比例加入废铁渣，还添加氧化钙和粘土，氧化钙的添加量为上述粘土型锂矿、褐煤、废铁渣三种物料总质量的15%，粘土的添加量为上述粘土型锂矿、褐煤、废铁渣三种物料总质量的6%；物料混合均匀后以200MPa的压力进行造球；将料球在60℃的条件下干燥24h；干燥好的料球放入通有N2的矿热炉中进行熔炼，在氮气环境中，将矿热炉的弧区温度升至1000℃，熔炼24h，使物料中的粘土型锂矿石在废铁渣的参与下和褐煤发生碳热还原反应；熔炼完成后，打开炉膛下部合金出口，流出的硅铁合金液冷却后得到硅铁合金，Fe-Si质量分数为90.3%；打开炉膛排渣口，得到富铝渣，Al2O3的质量分数为87.2%；在炉膛上部烟尘中回收富锂灰，Li2O的质量分数为15.2%。
实施例2
从锂矿石中富集锂同时制备硅铁合金回收氧化铝的方法，具体步骤如下：
按粘土型锂矿和烟煤中C的质量比为3:1的比例进行配料，同时以粘土型锂矿中的Si与铁源中Fe摩尔比为1:1的比例加入氧化铁粉末，还添加氧化钙和粘土，氧化钙的添加量为上述粘土型锂矿、烟煤、氧化铁粉末三种物料总质量的20%，粘土的添加量为上述粘土型锂矿、烟煤、氧化铁粉末三种物料总质量的10%；物料混合均匀后以100MPa的压力进行造球；将料球在200℃的条件下干燥12h；干燥好的料球放入通有Ar的矿热炉中进行熔炼，在氮气环境中，将矿热炉的弧区温度升至1500℃，熔炼14.5h，使物料中的粘土型锂矿石在氧化铁的参与下和烟煤发生碳热还原反应；熔炼完成后，打开炉膛下部合金出口，流出的硅铁合金液冷却后得到硅铁合金，Fe-Si质量分数为95.7%；打开炉膛排渣口，得到富铝渣，Al2O3的质量分数为91.2%；在炉膛上部烟尘中回收富锂灰，Li2O的质量分数为17.6%。
实施例3
从锂矿石中富集锂同时制备硅铁合金回收氧化铝的方法，具体步骤如下：
按粘土型锂矿和焦煤中C的质量比为6:1的比例进行配料，同时以粘土型锂矿中的Si与铁源中Fe摩尔比为2:1的比例加入钢渣，还添加氧化钙和粘土，氧化钙的添加量为上述粘土型锂矿、焦煤、钢渣三种物料总质量的30%，粘土的添加量为上述粘土型锂矿、焦煤、钢渣三种物料总质量的14%；物料混合均匀后以10MPa的压力进行造球；将料球在350℃的条件下干燥1h；干燥好的料球放入通有Ar的矿热炉中进行熔炼，在氩气环境中，将矿热炉的弧区温度升至2000℃，熔炼5h，使物料中的粘土型锂矿石在钢渣的参与下和焦煤发生碳热还原反应；熔炼完成后，打开炉膛下部合金出口，流出的硅铁合金液冷却后得到硅铁合金，Fe-Si质量分数为92.5%；打开炉膛排渣口，得到富铝渣，Al2O3的质量分数为89.4%；在炉膛上部烟尘中回收富锂灰，Li2O的质量分数为16.5%。
实施例4
从锂矿石中富集锂同时制备硅铁合金回收氧化铝的方法，具体步骤如下：
按锂辉石矿和无烟煤中C的质量比为2:1的比例进行配料，同时锂辉石矿中的Si与铁源中Fe摩尔比为1:1的比例加入氧化铁粉，还添加氧化钙和纸浆废液，氧化钙的添加量为上锂辉石矿、无烟煤、氧化铁粉末三种物料总质量的22.5%，纸浆废液浓度为1.6kg/L，其添加量为上述锂辉石矿、无烟煤、氧化铁粉末三种物料总质量的10%；物料混合均匀后以100MPa的压力进行造球；将料球在200℃的条件下干燥12h；干燥好的料球放入通有N2的矿热炉中进行熔炼，在氮气环境中，将矿热炉的弧区温度升至1700℃，熔炼15h，使物料中的锂辉石在氧化铁的参与下和无烟煤发生碳热还原反应；熔炼完成后，打开炉膛下部合金出口，流出的硅铁合金液冷却后得到硅铁合金，Fe-Si质量分数为97.1%；打开炉膛排渣口，得到富铝渣，Al2O3的质量分数为95.1%；在炉膛上部烟尘中回收富锂灰，Li2O的质量分数为23.6%。
实施例5
从锂矿石中富集锂同时制备硅铁合金回收氧化铝的方法，具体步骤如下：
按锂辉石矿和石油焦中C的质量比为4:1的比例进行配料，同时以锂辉石矿中的Si与铁源中Fe摩尔比为1:1的比例加入废铁渣，还添加碳酸钙和纸浆废液，碳酸钙的添加量为上锂辉石矿、石油焦、废铁渣三种物料总质量的30%，纸浆废液浓度为0.8kg/L，其添加量为上述锂辉石矿、石油焦、废铁渣三种物料总质量的16%；物料混合均匀后以80MPa的压力进行造球；将料球在150℃的条件下干燥12h；干燥好的料球放入通有Ar的矿热炉中进行熔炼，在氩气环境中，将矿热炉的弧区温度升至1800℃，熔炼5h，使物料中的锂辉石在废铁渣的参与下和石油焦发生碳热还原反应；熔炼完成后，打开炉膛下部出料口，流出的硅铁合金液冷却后得到硅铁合金，FeSi质量分数为93.2%；打开炉膛排渣口，得到富铝渣，Al2O3的质量分数为92.1%；在炉膛上部烟尘中回收富锂灰，Li2O的质量分数为20.4%。
实施例6
从锂矿石中富集锂同时制备硅铁合金回收氧化铝的方法，具体步骤如下：
按锂云母矿和木炭中C的质量比为5:1的比例进行配料，同时以锂云母矿中的Si与铁源中Fe摩尔比为1.2:1的比例加入氧化铁粉末，还添加碳酸钙和纸浆废液，碳酸钙的添加量为上锂云母矿、木炭、氧化铁粉末三种物料总质量的15%，纸浆废液浓度为1kg/L，其添加量为上述锂云母矿、木炭、氧化铁粉末三种物料总质量的13%；物料混合均匀后以150MPa的压力进行造球；将料球在100℃的条件下干燥18h；干燥好的料球放入通有Ar的矿热炉中进行熔炼，在氩气环境中，将矿热炉的弧区温度升至1600℃，熔炼10h，使物料中的锂云母在氧化铁的参与下和木炭发生碳热还原反应；熔炼完成后，打开炉膛下部出料口，流出的硅铁合金液冷却后得到硅铁合金，FeSi质量分数为94.8%；打开炉膛排渣口，得到富铝渣，Al2O3的质量分数为92.1%；在炉膛上部烟尘中回收富锂灰，Li2O的质量分数为15.8%，Rb2O的质量分数为7.2%，Cs2O的质量分数为4.8%。

Claims (8)

1.一种从锂矿石中富集锂同时制备硅铁合金回收氧化铝的方法，其特征在于：具体步骤包括：
（1）将锂矿石、还原剂、铁源、钙质添加剂、粘结剂混合均匀得到混合物料；
粘结剂为纸浆废液；
纸浆废液浓度为0.8～1.6kg/L，添加量为锂矿石、还原剂、铁源三者总质量的10～16%；
锂矿石与还原剂中的C的质量比为1～6；锂矿石中的Si与铁源中Fe的摩尔比为0.2～2；钙质添加剂添加量为锂矿石、还原剂、铁源三者总质量的15～30%；
（2）将步骤（1）所得的混合物料造球后进行干燥；
（3）将步骤（2）所得的料球放入通有保护气氛的矿热炉中进行熔炼；
（4）步骤（3）熔炼后，炉膛下部合金出口流出硅铁合金液冷却后得到硅铁合金；炉膛排渣口得到富铝渣；在炉膛上部烟尘中回收富锂灰。
2.根据权利要求1所述从锂矿石中富集锂同时制备硅铁合金回收氧化铝的方法，其特征在于：锂矿石为锂辉石、锂云母或粘土型锂矿。
3.根据权利要求1所述从锂矿石中富集锂同时制备硅铁合金回收氧化铝的方法，其特征在于：还原剂为无烟煤、褐煤、烟煤、焦煤、木炭或石油焦。
4.根据权利要求1所述从锂矿石中富集锂同时制备硅铁合金回收氧化铝的方法，其特征在于：铁源为废铁、钢渣、氧化铁或含铁矿石。
5.根据权利要求1所述从锂矿石中富集锂同时制备硅铁合金回收氧化铝的方法，其特征在于：钙质添加剂为氧化钙或碳酸钙。
6.根据权利要求1所述从锂矿石中富集锂同时制备硅铁合金回收氧化铝的方法，其特征在于：混合物料的造球压力为10～200MPa。
7.根据权利要求1所述从锂矿石中富集锂同时制备硅铁合金回收氧化铝的方法，其特征在于：干燥温度为60～350℃，干燥时间1～24h。
8.根据权利要求1所述从锂矿石中富集锂同时制备硅铁合金回收氧化铝的方法，其特征在于：保护气氛为N2或Ar；熔炼温度为1000～2000℃，熔炼时间为5～24h。
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